三極管的電流放大作用解析

三極管最重要的功能——電流的放大作用(三極管放大區的運用)。

圖 1 三極管的放大區

三極管的電流放大作用是指：基極電流Ibe與集電極電流Ic之間的關系，即滿足Ic=β*Ibe;β系數是大于1的一個數，這個數不同型號的三極管是不一樣的，通常介于幾十到幾百之間。

2 實驗準備

演示的電路圖如圖所示，電路圖還是上次的那幅圖，只不過的唯一區別就是添加了兩個電流表U3和U4。U3的目的是測試三極管的基極電流，U4的目的是測試三極管集電極的電流。

圖 2三極管放大區作用演示電路

為了方便演示三極管的特性，我們這里把三極管的放大倍數β設置為100，也就是電流能放大100倍。

圖 3三極管的放大倍數β設置

3 實驗過程

仿真過程：讓連著基極的電壓源V1從0V開始輸出，直到0.7V停止輸出，在這個過程中記錄基極電流Ibe和集電極電流Ic，根據讀取的Ibe和Ic數值算出在三極管截止區、放大區、飽和區不同區域的電流放大倍數β，計算三極管的放大倍數的方式為β=Ic/Ibe;

4 實驗結果

按照上面描述的操作方式進行實驗，仿真結果如圖所示，縱坐標是電流(單位是安培(A))橫坐標是基極電壓(單位是伏特(V))，綠色線是基極電壓從0V到0.7V的集電極電流Ic的輸出，紅色線是基極電壓從0V到0.7V的基極電流Ibe的輸出，截止區、放大區、飽和區已在圖中大概的標識出。

圖 4 仿真的基極電流和集電極電流數據

從仿真的結果初步可以看出：

截止區時，Ibe與Ic之間的差距不大，幾乎是重合曲線;

放大區時，Ibe與Ic之間的差距隨著基極電壓的變大而變大;

飽和區時，Ibe與Ic之間的差距隨著基極電壓的變大而變小;

5 仿真結果分析

5.1 截止區放大倍數分析

從上面的仿真結果隨便抓取截止區中的一組數據，如圖所示：

圖 5 截止區基極電流和集電極電流

我們只需看y1對應的基極電流Ibe和集電極電流Ic即可，如圖5中紅色圈對應的數據，截止區的基極電流Ibe為29.8023nA，而集電極電流Ic為1.9073uA，此時的放大倍數β大概為63(根據β=Ic/Ibe計算)，也就是說電流放大倍數為63，然而這個截止區放大倍數只是仿真結果，仿真不代表實際存在，現實中這個電流放大倍數無效的，因為三極管此時的放大能力不能把電流噪聲區別開，故認為截止區放大倍數為0。

從截止區的仿真數據我們可以總結如下：截止區沒有放大作用。

5.2 放大區放大倍數分析

從上面的仿真結果中隨便抓取剛進入放大區的一組數據，如圖所示：

圖 6 剛進放大區的基極電流和集電極電流

如圖6中紅色圈對應的數據，截止區的基極電流Ibe為1.0133uA，而集電極電流Ic為86.3810uA，此時的大概為85，也就是說電流放大倍數為85。

從上面的仿真結果中隨便抓取剛進入放大區靠右區域的一組數據，如圖所示：

圖 7 剛進放大區靠右區域的基極電流和集電極電流

如圖7中紅色圈對應的數據，截止區的基極電流Ibe為6.0170uA，而集電極電流Ic為556.1994uA，此時的大概為92，也就是說電流放大倍數為92，比剛進放大區的放大倍數變大了。

緊接著在從上面的仿真結果中隨便抓取放大區中間偏下區域的一組數據，如圖所示：

圖 8 中間偏下放大區的基極電流和集電極電流

如圖8中紅色圈對應的數據，截止區的基極電流Ibe為36.0530uA，而集電極電流Ic為3.2909mA，此時的大概為91，也就是說電流放大倍數為91，比剛進放大區靠右區域的放大倍數變小了。

緊接著在從上面的仿真結果中隨便抓取放大區中間區域的一組數據，如圖所示：

圖 9 中間放大區的基極電流和集電極電流

如圖9中紅色圈對應的數據，截止區的基極電流Ibe為51.3486uA，而集電極電流Ic為4.6551mA，此時的大概為90，也就是說電流放大倍數為90，比進中間偏下放大區的放大倍數變小了。

在從上面的仿真結果中隨便抓取進入深度放大區的一組數據，如圖所示：

圖 10 深度放大區的基極電流和集電極電流

如圖10中紅色圈對應的數據，截止區的基極電流Ibe為127.8475uA，而集電極電流Ic為10.9909mA，此時的大概為85，也就是說電流放大倍數為85，此時的放大倍數比之前在放大區中間區域的放大倍數減小。

三極管由“截止區進入放大區，在由放大區進入飽和區”的這個過程中，從放大區的仿真數據我們可以總結如下：

①處于放大區的三極管的放大倍數先增加后減小;

②處于放大區域的中間區域附近的放大倍數最大且最接近三極管規定的標稱放大倍數(說具體點就是：放大區仿真的放大倍數接近我們實驗開始設定的三極管放大倍數100);

③三極管剛從截止區進入放大區，或者三極管進入深度放大區時，兩種情況的放大倍數都是很小的;

5.3 飽和區放大倍數分析

從上面的仿真結果中隨便抓取剛進飽和區附近的一組數據，如圖所示：

圖 11 剛進飽和區附近的基極電流和集電極電流

如圖11中紅色圈對應的數據，截止區的基極電流Ibe為247.5798uA，而集電極電流Ic為11.9142mA，此時的大概為48，也就是說電流放大倍數為48，此時的放大倍數比之前在深度放大區區域的放大倍數減小了很多。

從上面的仿真結果中隨便抓取進入深度飽和區的一組數據，如圖所示：

圖 12 深度飽和區的基極電流和集電極電流

如圖12中紅色圈對應的數據，截止區的基極電流Ibe為784.1842uA，而集電極電流Ic為11.9645mA，此時的大概為15，也就是說電流放大倍數為15，此時的放大倍數比之前在剛進入飽和區的放大倍數還要小很多，此時基極電流變化將不會導致集電極電流較大的變化，因為就失去了放大的作用，故我們可以認為飽和區沒有放大倍數，即飽和區的放大倍數為0。

從截止區的仿真數據我們可以總結如下：飽和區沒有放大作用。

6 總結

①三極管的電流放大作用只在三極管的放大區有效，截至區和飽和區都沒有電流放大能力;

②“截止區進入放大區，在由放大區進入飽和區”這個過程中，放大區的放大倍數先增加后減小;

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